JP4397587B2 - Thermally enhanced microcircuit package and fabrication method thereof - Google Patents

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Abstract

A thermally enhanced microcircuit package includes a microcircuit having a microcircuit device cavity that receives a microcircuit device. A microelectromechanical (MEMS) cooling module is operatively connected to the microcircuit package and forms a capillary pumped loop cooling circuit having an evaporator, condenser and interconnecting cooling fluid channels for passing vapor and fluid between the evaporator and condenser and evaporating and condensing the cooling fluid.

Description

【０００１】
本発明は、セミコンダクターやマイクロ回路装置用の冷却装置に関する。とくに、本発明は、冷却を促進するマイクロ回路容器に関する。
【０００２】
軍用及び最新の市販システムにおいて使用されている最新の電子セミコンダクターやマイクロ回路装置は、様々な応用分野において、先進的で、最新技術かつコンパクトな電子装置を要求している。スイッチとして用いられているパワートランジスターは、高い熱流動性のアプリケーションや、定温制御を要求する送受信機械に必要である。数多くの熱運用の取り扱いが過去においてこれら要求性のアプリケーションに適当な分野において適用された。このことは、市販及び軍用装置に使われる最新の飛行機システムで顕著である。
【０００３】
新しいマイクロ回路のデザインの適用は、さらなる操作性の向上した飛行機や、より高いパワーや密度の濃い航空電子工学や、よりステルス様飛行機に使用されている。これら先進の電子システムは、熱発生量の増加を生じ、効率的な制御を得るために、冷却を保つ必要がある。
【０００４】
既知のシステムは、異なるタイプのヒートシンク（heat sink）を用いている。これらシステムは、水圧システムにおいて高い損失があり、不十分な機械的ポンプを持ち、不十分な空気循環型冷却システムを持っている。したがって、追加的なヒートシンクの利用を余儀なくされる。また、様々な移動や様々なハイロドメカニカル（hydromechanical）システム圧力の増加に伴い、より革新的なヒートシンクや、熱蓄電器がデザインされ使用されてきた。例えば、装置がカプセル化されたいくつかのプラスティックやセラミックは、背部が露出した銅製スラブのヒートシンクを持つ。熱は、銅線を伝って、銅から接するPCBへと移行する。マイクロ回路システムを組み込んだ大きなシステムは、これらヒートシンクにより制御されるが、必ずしも適当なものではない。
【０００５】
より複雑で指紋よりも小さな電子部品や、飛行機における電子制御システムの増加に伴い、新しい濃縮された熱負荷やMEA装置（IS/Gエンジンや安定作動装置）に対するより過酷な条件が存在する。また、MEAや同様の部品における重量や容量の軽減に対する熱的な挑戦が増加しており、上記部品には下記のようなものがあるa）最新の局所冷却システム、b）進歩した熱移行技術、c）小型冷却技術、d）高熱流動型パッキング思考、e）低損失高温度パワーセミコンダクター、及びf）高温型モーター/発電機などである。これら高温流動型や高密度容器などの進化した熱移行要求性は、これら回路全体の冷却のための組み込まれた回路自体に直接適用できるより進んだ冷却システムを必要とする。個別の部品との相対的な比較よりも、より進んだシステムや内臓型のシステムには閉鎖系のループシステムも必要かもしれないし、これは、より大きなシステムへの適用はめったに見られないかもしれない。
【０００６】
本発明の目的は、より効率的で熱的に亢進したマイクロ回路用容器の提供である。また、セミコンダクターパワートランジスターなどのマイクロ回路装置内冷却物の提供であり、熱的に亢進したマイクロ回路用容器の提供である。
【０００７】
本発明が含むのは、熱増強型マイクロ回路パッケージであり、これらは、下記により構成されている。マイクロ回路空洞部、当該空洞部を受け入れたマイクロ回路装置、及び、当該マイクロ回路に動作的に関連された小型電子機械的（microelectromechanical; MEMS）冷却モジュールであり、前記冷却モジュールは、毛細管ポンプ式ループ冷却回路で構成されている。さらに、毛細管ポンプ式ループ冷却回路には、蒸発器、濃縮器及び内結合型冷却溶媒チャンネルを含んでいる。これは、前記蒸発器と濃縮器との蒸気及び溶媒の通過及び蒸留や冷却溶媒の濃縮の目的で設置されている。前記蒸発器は、前記マイクロ回路装置の使用時に冷却する目的で、動作的に前記マイクロ回路装置と関連している。
【０００８】
優位的に、熱増強型マイクロ回路パッケージは、マイクロ回路装置空洞部を持ち、マイクロ回路装置を受け入れたマイクロ回路容器を含んでいる。小型電子機械的冷却モジュールは、前記マイクロ回路容器に動作的に関連されている。この冷却モジュールは、蒸発器、濃縮器及び内結合型冷却溶媒チャンネルを持つ毛細管ポンプ式ループ冷却回路を含んでいる。この目的は、前記蒸発器と濃縮器との蒸気及び溶媒の通過及び蒸留や冷却溶媒の濃縮である。この蒸発器は、使用時の装置の冷却のために、前記マイクロ回路装置に動作的に関連している。
【０００９】
本発明の一面では、毛細管ポンプ式ループ冷却回路は、例えば、シリコンウエハースのような、シリコンを基本として形成されており、シリコンを基本にした蒸発器、濃縮器及び内結合型冷却溶媒チャンネルを含んでいる。本発明のその他の面では、マイクロ回路容器の内の少なくともその一部に前記蒸発器が形成されている。
【００１０】
本発明のさらなる他の面は、熱増強型マイクロ回路パッケージは、低温共熱型セラミック（low temperature co-fired ceramic; LTCC）で形成されたボールグリッドアレイ容器である。また、熱増強型マイクロ回路パッケージは、当業者既知の、ボールグリッドアレイ及びマイクロ回路装置を受け入れたマイクロ回路装置空洞部を持っている。さらに、本技術分野既知の技術であるところの、絶縁ゲート型双極トランジスター（insulate gate bipolar transistor; IGBT）であることもできるし、前記ボールグリッドアレイ結合したリボンであることも出来る。
【００１１】
冷却溶媒容器は、前記蒸発器に動作的に関連している。本発明の一面において、前記蒸発器の内には、ウィッキング構造（wicking structure）が形成されている。前記蒸発器及び濃縮器は、それぞれ25〜150μmの高さ及び幅を持つ、いくつかの溝（grooves）を形成することもできる。前記冷却溶媒チャネルは、いくつかの蒸気路およびいくつかの液体路をも形成することが出来、それぞれ、実質的に幅や高さよりも大きな長さを持っている。
【００１２】
本発明は、また、下記に示すステップからなる、小型電子機械的冷却モジュールを作製する方法をも含む：
シリコンウエハースにディープリアクティブ・イオン・エッチングを施し、その上に濃縮器を形成するべく酸化被膜（oxide layer）を配し、マイクロ回路容器に接する形で配した蒸発器及び内冷却型溶媒チャネル配し、かつ、前記のディープリアクティブ・イオン・エッチング工程は、第一ステップとして、貫通孔（through-hole）を形成するようなディープリアクティブ・イオン・エッチングステップ、第二ステップとして、冷却溶媒チャネルを形成するステップより構成され、蒸発器や濃縮器も含まれ、シリコンウエハースにパターン化され配された酸化被膜にプラズマエッチングを施すステップをも含む。
【００１３】
従来、小型電子機械的冷却モジュールの作製方法が明らかにされた。これによると、ディープリアクティブ・イオン・エッチング（deep reactive ion etching; DRIE）をシリコンウエハースに施すステップ、及び酸化被膜をその上に配し、濃縮器を形成し、蒸発器及び内結合型冷却溶媒チャネルを、組み込まれた回路容器に接する形で形成されるステップからなっている。このステップが含むのは、貫通孔を形成する一段階のディープリアクティブ・イオン・エッチングステップ、及び冷却溶媒チャネルを形成する第二のディープリアクティブ・イオン・エッチングステップを含み、さらに蒸発器と濃縮器を（配する）ステップをも含む。この方法は、また、シリコンウエハースにパターン化され配された酸化被膜にプラズマエッチングを施すステップをも含む
本発明は、例示によって、下記図に関する参照文とともに、述べられるだろう：
図１は、本発明に関する熱増強型マイクロ回路パッケージの図示的な部分図である。これには、ボールグリッドアレイ容器やそれに結合した小型電子機械的冷却モジュールを形成している。
図２は、図１に示した熱増強型マイクロ回路パッケージのテスト用に作製した工作物に関する図示的な等大図である。
図３は、熱増強型マイクロ回路パッケージの制御部品に関する構成図である。
図４は、図１に示した熱増強型マイクロ回路パッケージにおける特性に関する限定的でない例である。
図５は、最大熱移行と最大液体/蒸気ライン長との関係をグラフ化したものである。これは、図１の熱増強型マイクロ回路パッケージに関連した例である。
図６は、図１に示した熱増強型マイクロ回路パッケージに関する拡大した図示的な部分図である。
図７乃至１２は、内蔵型冷却溶媒チャネル、蒸発器、及び濃縮器の作成ステップの系列に関する図である。
図１３乃至１６は、ガラスカバー面（glass cover plate）に対するウィッキング構造の作製工程を示した図である。
図１７Ａは、シリコンベースの図示的な等大図であり、本発明、熱亢進的マイクロ回路容器、の第一具体例に従い、蒸発器と濃縮器との間の蒸気や溶媒の通過のために配された、内に、蒸発器、濃縮器及び内結合型溶媒チャネルを示している。
図１７Ｂは、図１７Ａに示したマイクロ回路容器の図示的な切断面図である。ガラスウエハースとシリコンウエハースとの関係を示しており、蒸発器を伴ったリザーバーの用に供されている。
図１８Ａおよび１８Ｂは、図１７及び１７Ｂと同様の図であるが、濃縮器を調節的に結合したフィルラインを示しており、加えて、回路温度を測るための熱電対（thermocouple）ウェルを示している。
図１９は、他の熱増強型マイクロ回路パッケージの具体例を示しており、濃縮器や内結合型冷却溶媒チャネルに比べて、異なった構造層を形作っている蒸発器を持っている。
【００１４】
本発明は、図示した図に対する参考文とともに述べられるだろう。
【００１５】
本発明は、熱増強型マイクロ回路パッケージ20aへと案内されるだろう。そして、本発明が優位なのは、小型電子機械的冷却モジュール20を提供する点にある。このモジュールは、マイクロ回路装置をパッキングするために用いる、図示のボールグリッドアレイ容器などの、マイクロ回路容器22に動作的に関連されている。この例のような装置は、絶縁ゲート型双極トランジスター24である。この冷却モジュール20は、マイクロ回路装置の全部分を冷却するために供された毛細管ポンプ式ループ回路26を持っている。マイクロ回路装置は、マイクロ回路装置空洞部28の内に受け入れられており、図示されたとおり、本容器は、ボールグリッドアレイ容器を形成している。
【００１６】
このマイクロ回路容器は、ここに述べたようにボールグリッドアレイ容器として述べられているが、本発明において、異なるタイプの電子装置容器も採用することができる。
【００１７】
絶縁ゲート型双極トランジスターは、パワフルなトランジスターであり、1000アンペア以上を切り替えることが出来る。MOSFET及び双極トランジスターが組み合わされて、IGBTが作られる。電流フローは、電圧を金属ゲートに適用することにより得られる。この場所は、電圧が、前記ゲートから離れた場所にある正電荷を有する穴を跳ねのける電場にセットされる金属ゲートのことである。同時に、そこに電子が攻撃し、電流の流れる場所を通して、N-チャネルが形成される。IGBTの一部として、P-N-P双極トランジスターの形成された中では、小さな調節電流（small control current）がそのベースに電子を加え、発信部から穴に向けて攻撃する。これら穴は、発信部から集電装置（collector）へと流れ、大きな作動電流（working current）を作る。調節電圧（control voltage）は、MOFSETへと適用され、作動電流を樹立する。作動電流は、順番に、IGBTの一部を形成しているP-N-P双極トランジスターのベースへと流れる調節電流として提供される。この調節電流は、双極トランジスターへの流れとして、大きな作動電流を起こす。このように、IGBTの持つ作動電流は、MOSFETと双極トランジスター両方の組み合わされた作動電流であり、双極トランジスター、つまり10ミリオンなるパワーゲインを持つこの種の装置を与える、は調節電流及び電圧に対する作動電流と電圧の比に一致させる。このゲインは、この装置に、小型電子回路への結合を与える。この小型電子回路は、IGBT電源装置のような電源装置を形成する他の回路と一体を形成されることができる。
【００１８】
このボールグリッドアレイ容器22は、ハンダや他の既知の材料で形勢されるボールグリッドアレイ30を含んでいる。容器22は、当業者既知のボールグリッドアレイ組立技術に使われ、かつ、低温共熱型セラミックなどのセラミック材料をも含まれる。絶縁ゲート型双極トランジスター24は、当業者既知の技術、つまり、リボンボンド24aまたは他の結合技術により、ボールグリッドアレイ30にリボンボンドされる。例えば、絶縁ゲート型双極トランジスターは、当業者既知の装置、つまり、その背部に回路を持つような装置構造の一部であるかもしれない。
【００１９】
本発明は、図１及び６に示すように、小型電子機械的冷却モジュール20が、調節的に、ボールグリッドアレイ容器22に結合されている。この冷却モジュールが含むのは、蒸発器40、濃縮器42、及び内結合型冷却溶媒チャネル44を持つ毛細管ポンプ式ループ冷却回路26である。これら内構造の目的は、冷却溶媒の蒸留と濃縮とのために、蒸発器と濃縮器との間の蒸気と溶媒の通過の用に供している。
【００２０】
図３に示すように、小型電子機械的冷却モジュール２０の持つ基本部品は、濃縮器４２及び蒸発器４０を含み、この蒸発器４０は、蒸発器毛細管ポンプとして作動する。蒸発器４０は、当業者既知であるウィッキング効果により、作動中の溶媒のウィッキングを助ける目的で、ウィッキング装置46を含んでいる。内結合型冷却溶媒チャネル４４は、複数の蒸気ライン４７及び複数の液体ライン４８として形成されており、図１７Ａ及び１７Ｂに示した概略等角図のように、各ラインの長さは、幅や高さよりも実質的に長くなっている。溶媒リザーバー５０は、図３に示したように、蒸発器４０と連動して作動し、リザーバーフィードライン５２により、蒸発器に結合されている。熱は、例えば、絶縁ゲート型双極トランジスターのようなマイクロ回路から取り除かれ、蒸気ライン４７を通って濃縮器４２に戻る。濃縮器４２が蒸気を凝縮した後、液体は、毛細管ポンプ動作により蒸発器に戻り、この動きは、ウィッキング構造４６により助長される。
【００２１】
本発明に関する小型電子機械的冷却モジュール20は、例えばシリコンウエハースなどのシリコンベースの中で、基本的な小型回路作製技術により形成することも出来る。このモジュール20は、図１７Ｂ及び１８Ｂに示すように、本発明の一面として、シリコンベース53の上に配されたガラスカバー54を持ち、蒸発器40、濃縮器42及び内結合型冷却溶媒チャネル44がしたためられている。
【００２２】
図７乃至１２は、この部品がシリコン上に作製されるステップを基本構造の図として示している。図７が示すように、シリコンウエハース53は、熱酸化物フィルム60が、2μmの厚さなどで配されている。この配置に続き、図８で示すように、フォトリソグラフィーが施されている。そこには、酸化物にフォトレジスト62が適用さて、そして、図９に示すように、チャネルをパターン化すべく、プラズマエッチングが施されている。第二フォトレジスト64が、この酸化物の上に配され、さらに、図１０に示すように、第二フォトリソグラフィーを行っている。第一ディープリアクティブイオンエッチング（DRIE）は、貫通孔66を生じさせ、図１２に示すように、第二ディープリアクティブイオンエッチングにより、冷却溶媒チャネル68が形成する。
【００２３】
図１３乃至１６は、本発明の方法を使った、ガラスカバープレート54のウィッキング構造の作製手順を示している。このガラスカバープレートは、シリコンウエハースに対し、形成され、調整され、陽極的に結合され、前述のように、併催したループ回路を形成した毛細管ポンプ式ループ冷却回路の作製が完了する。この第一段階において、非ドープ型ポリシリコン70は、ガラスウエハース72上に1.4μmで配置される。図１４に示すように、フォトレジスト74が適用され、続いて、フォトリソグラフィーなるステップへと進む。図１５では、このポリシリコン70がプラズマエッチング化され、続き、濃縮塩酸をつかって、ウェットエッチングされ、ガラスウエハース上にウィキング構造が形成される。これは、シリコンウエハース上に陽極的に結合し、このようにして、作製工程が終了する。
【００２４】
図４は、図６に示したような、熱増強型マイクロ回路のもつ基本特性を示している。これらは、異なる濃縮器面積、蒸発器全長、溝高さ、溝幅/数、蒸気ライン水圧径、液体ライン水圧径、液体ライン及び蒸気ラインに対する最大レイノルズ指数を持っている。これら図は、本発明に従い作製することの出来る一例を示している。
【００２５】
図５は、最大熱移行と最大液体/蒸気ライン長との関係をグラフ化したものである。最大液体/蒸気ライン長は、ミリメートルの単位で縦軸に、総熱量（Q）をワットの単位で横軸に示している。
【００２６】
図２は、テスト構造物80を示しており、これは、本発明における熱増強型マイクロ回路パッケージ20aのテスト用に使用されている。これには、また、プリンティッドワイヤーボード（PWB）82がコネクター84に結合された形で示されており、このコネクターは、テスト機械物に結合されるために、ケーブルを持っている。ボールグリッドアレイ（BGA）ソケット86は、熱増強型ボールグリッドアレイ（TBGA）容器などのような絶縁ゲート型双極トランジスター、熱増強型マイクロ回路パッケージを保持するキャリア88を受け入れる。
【００２７】
図１７Ａは、本容器20aに関する第一の具体例を示しており、蒸発器40の中に受け入れたウィッキング構造46、及び蒸発器に関連した溶媒リザーバー50をあらわしている。蒸留ライン及び液体ラインは、前述したように、濃縮器42に結合されている。図１７Ｂは、図１７Ａに示した図の切断面図である。
【００２８】
図１７Ａの構造は、図示した絶縁ゲート型双極トランジスターの制御用として、次なる例（Ａ及びＢ）なる特性を持っている：
【００２９】
【表１】

Figure 0004397587
図１８Ａ及び１８Ｂは、図１８Ａにあるような溶媒リザーバー50を配した他の具体例である。温度測定のために、熱電対ウェル90が蒸気ラインと液体ラインに形成されている。図１８Ａ及び１８Ｂに示すように、フィルホール（fill hole）92は動作的に、フィリングラインで、濃縮器に結合され、一方で、分離した溶媒リザーバーが、リザーバーフィードラインにて、蒸発器に結合されている。
【００３０】
図１８Ａ及び１８Ｂは、下記の例にあるように、様々な寸法を持つことができる：
【００３１】
【表２】
Figure 0004397587
図１９は、濃縮器がシリコンベースの内に形成されている一つの具体例である。一方で、図１９のように、低温共熱型セラミックなどの、様々な材料が、蒸発器やラインに含まれている。二つの層、1020及び102に続き、蒸発器層104が配されている。
【００３２】
図１９の例に示す構造の寸法例を下記に示す：
【００３３】
【表３】
Figure 0004397587
本発明は、効果的で、容易に作製可能な、内蔵型で閉鎖系のループ系を提供する。これは、小型電子機械的冷却モジュールとして形成され、蒸発器、濃縮器及び内結合型冷却溶媒チャネルを有する毛細管ポンプ式ループ冷却回路を持っている。この溶媒には、最終使用適用や熱交換要求度に依存して、アルコール及び水などをしようすることができる。ウィッキング構造は、その必要性に応じて、図１３乃至１６に示したようなステップにて、ガラスウエハースに作製することが出来るし、シリコンにも作製できる。フィルポート（fill port）含めたリザーバーポートは、再配置することができ、異なるポートを、フィリングなどの補助のために追加することもできる。また、蒸発器に直接溶媒を提供するようにすることも出来る。
【００３４】
温度測定ウェルは、図１８Ａのように提供される。熱電対は、蒸発器、濃縮器、及び冷却溶媒ラインの温度を与える。
【００３５】
垂直型及び水平型の形状を作製することもできる。この構造は、電子マイクロ容器に組み込むことが可能であるし、その一方で、熱移行を促進するような高い表面対容積比への利用も出来る。この構造は、マイクロスケールの熱移行観念へも利用できるし、高い熱流動性/高温度適用のため、シリコン及びSiC電子容器への直接の組み込みも可能である。これにより、容積や容量、熱調節アプローチのコストの削減に繋がる。組み込まれた冷却回路は、ポテンシャルのために提供されたインターフェースを減少させ、電子的な信頼性を構造させる。マイクロフィン（microfin）も、電子的容器に組み込むことが出来る。
【００３６】
図示したIGBT用の熱増強型ボールグリッドアレイパッケージなどの、熱増強型容器は、伝統的な熱管理技術とともに利用に適用可能であり、高い電流適用のための、多角的な内結合型経路を提供する。拡張可能なものとして含まれるのは、診断や調節的内結合や、回路独立（circuit isolation）にも使用することが出来るし、電流保護にも適用できる。ソフトウェアあるいは手動で操作可能なシャットダウン特性も持つことができる。
【００３７】
熱増強型マイクロ回路パッケージは、マイクロ回路装置を受け入れる空洞部を持つマイクロ回路容器を含んでいる。小型電子機械的冷却モジュールは、動作的にマイクロ回路容器に結合し、蒸発器、濃縮器及び内結合型チャネルを持つ毛細管ポンプ式ループ冷却回路を形成しており、前記蒸発器と濃縮器との蒸気及び溶媒の通過及び蒸留や冷却溶媒の濃縮の目的で設置されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 熱増強型マイクロ回路パッケージの図示的な部分図である。
【図２】 図１に示した熱増強型マイクロ回路パッケージのテスト用に作製した工作物に関する図示的な等大図である。
【図３】 熱増強型マイクロ回路パッケージの制御部品に関する構成図である。
【図４】 図１に示した熱増強型マイクロ回路パッケージにおける特性に関する限定的でない例である。
【図５】 最大熱移行と最大液体/蒸気ライン長との関係をグラフ化したものである。
【図６】 図１に示した熱増強型マイクロ回路パッケージに関する拡大した図示的な部分図である。
【図７】 内蔵型冷却溶媒チャネル、蒸発器、及び濃縮器の作成ステップの系列に関する図である。
【図８】 内蔵型冷却溶媒チャネル、蒸発器、及び濃縮器の作成ステップの系列に関する図である。
【図９】 内蔵型冷却溶媒チャネル、蒸発器、及び濃縮器の作成ステップの系列に関する図である。
【図１０】 内蔵型冷却溶媒チャネル、蒸発器、及び濃縮器の作成ステップの系列に関する図である。
【図１１】 内蔵型冷却溶媒チャネル、蒸発器、及び濃縮器の作成ステップの系列に関する図である。
【図１２】 内蔵型冷却溶媒チャネル、蒸発器、及び濃縮器の作成ステップの系列に関する図である。
【図１３】 ガラスカバー面（glass cover plate）に対するウィッキング構造の作製工程を示した図である。
【図１４】 ガラスカバー面（glass cover plate）に対するウィッキング構造の作製工程を示した図である。
【図１５】 ガラスカバー面（glass cover plate）に対するウィッキング構造の作製工程を示した図である。
【図１６】 ガラスカバー面（glass cover plate）に対するウィッキング構造の作製工程を示した図である。
【図１７Ａ】 シリコンベースの図示的な等大図であり、本発明、熱亢進的マイクロ回路容器、の第一具体例に従い、蒸発器と濃縮器との間の蒸気や溶媒の通過のために配された、内に、蒸発器、濃縮器及び内結合型溶媒チャネルを示している。
【図１７Ｂ】 図１７Ａに示したマイクロ回路容器の図示的な切断面図である。
【図１８Ａ】 図１７Ａと同様の図であるが、濃縮器を調節的に結合したフィルラインを示しており、加えて、回路温度を測るための熱電対（thermocouple）ウェルを示している。
【図１８Ｂ】 図１７Ｂと同様の図であるが、濃縮器を調節的に結合したフィルラインを示しており、加えて、回路温度を測るための熱電対（thermocouple）ウェルを示している。
【図１９】 他の熱増強型マイクロ回路パッケージの具体例を示しており、濃縮器や内結合型冷却溶媒チャネルに比べて、異なった構造層を形作っている蒸発器を持っている。[0001]
The present invention relates to a cooling device for a semiconductor or microcircuit device. In particular, the present invention relates to a microcircuit vessel that facilitates cooling.
[0002]
The latest electronic semiconductor and microcircuit devices used in military and state-of-the-art commercial systems require advanced, state-of-the-art and compact electronic devices in a variety of applications. A power transistor used as a switch is necessary for a high thermal fluidity application or a transmission / reception machine requiring constant temperature control. Numerous thermal management practices have been applied in the past in areas appropriate to these demanding applications. This is especially true with modern aircraft systems used in commercial and military equipment.
[0003]
The application of the new microcircuit design is being used in airplanes with even more maneuverability, higher power and density avionics, and stealth-like airplanes. These advanced electronic systems need to be kept cool in order to increase the amount of heat generation and to obtain efficient control.
[0004]
Known systems use different types of heat sinks. These systems have high losses in the hydraulic system, have insufficient mechanical pumps, and have poor air circulation cooling systems. Therefore, it is necessary to use an additional heat sink. Also, more innovative heat sinks and thermal capacitors have been designed and used with various movements and various hydromechanical system pressures. For example, some plastics and ceramic encapsulated devices have copper slab heat sinks with exposed backs. Heat travels through the copper wire and moves from the copper to the adjacent PCB. Large systems incorporating microcircuit systems are controlled by these heat sinks, but are not always suitable.
[0005]
With the increasing complexity of electronic components that are smaller than fingerprints and electronic control systems in airplanes, there are more demanding conditions for new concentrated heat loads and MEA devices (IS / G engines and stable operating devices). In addition, there are increasing thermal challenges in reducing weight and capacity in MEA and similar parts, including the following: a) state-of-the-art local cooling system, b) advanced heat transfer technology. C) small cooling technology, d) high heat flow type packing thinking, e) low loss high temperature power semiconductor, and f) high temperature type motor / generator. These advanced heat transfer requirements such as high temperature flow and high density containers require more advanced cooling systems that can be directly applied to the embedded circuits themselves for cooling these entire circuits. More advanced and internal systems may require a closed loop system than a relative comparison with individual components, and this may rarely be applied to larger systems. Absent.
[0006]
An object of the present invention is to provide a more efficient and thermally enhanced microcircuit container. In addition, the present invention provides a coolant in a microcircuit device such as a semiconductor power transistor, and also provides a thermally enhanced microcircuit container.
[0007]
The present invention includes thermally enhanced microcircuit packages, which are configured as follows. A microcircuit cavity, a microcircuit device receiving the cavity, and a microelectromechanical (MEMS) cooling module operatively associated with the microcircuit, the cooling module comprising a capillary pump loop It consists of a cooling circuit. In addition, the capillary pump loop cooling circuit includes an evaporator, a concentrator, and an internally coupled cooling solvent channel. This is installed for the purpose of passing the vapor and solvent between the evaporator and the concentrator, distilling and concentrating the cooling solvent. The evaporator is operatively associated with the microcircuit device for cooling purposes during use of the microcircuit device.
[0008]
Advantageously, the thermally enhanced microcircuit package includes a microcircuit container having a microcircuit device cavity and receiving a microcircuit device. A small electromechanical cooling module is operatively associated with the microcircuit vessel. The cooling module includes a capillary pumped loop cooling circuit with an evaporator, a concentrator, and an internally coupled cooling solvent channel. The purpose is the passage of vapor and solvent between the evaporator and the concentrator and the distillation and concentration of the cooling solvent. This evaporator is operatively associated with the microcircuit device for cooling the device in use.
[0009]
In one aspect of the invention, the capillary pump loop cooling circuit is formed on a silicon basis, such as a silicon wafer, and includes a silicon based evaporator, a concentrator, and an internally coupled cooling solvent channel. It is out. In another aspect of the present invention, the evaporator is formed on at least a part of the microcircuit container.
[0010]
Yet another aspect of the invention is that the thermally enhanced microcircuit package is a ball grid array container formed of a low temperature co-fired ceramic (LTC). The thermally enhanced microcircuit package also has a microcircuit device cavity that accepts a ball grid array and microcircuit device known to those skilled in the art. Further, it may be an insulated gate bipolar transistor (IGBT), which is a technique known in the art, or a ribbon connected to the ball grid array.
[0011]
A cooling solvent container is operatively associated with the evaporator. In one aspect of the present invention, a wicking structure is formed in the evaporator. The evaporator and concentrator can also form several grooves, each having a height and width of 25-150 μm. The cooling solvent channel can also form a number of vapor paths and a number of liquid paths, each having a length substantially greater than the width or height.
[0012]
The present invention also includes a method of making a miniature electromechanical cooling module comprising the following steps:
A silicon wafer is subjected to deep reactive ion etching, an oxide layer is formed on the silicon wafer to form a concentrator, and an evaporator and an internally cooled solvent channel arrangement are arranged in contact with the microcircuit container. The deep reactive ion etching process includes a deep reactive ion etching step for forming a through-hole as a first step and a cooling solvent channel as a second step. And includes an evaporator and a concentrator, and also includes a step of performing plasma etching on an oxide film patterned and arranged on a silicon wafer.
[0013]
Conventionally, a method for producing a small electromechanical cooling module has been clarified. According to this, a step of deep reactive ion etching (DRIE) is performed on a silicon wafer, and an oxide film is disposed thereon to form a concentrator, an evaporator and an internally coupled cooling solvent. The channel consists of forming the channel in contact with the integrated circuit container. This step includes a one-step deep reactive ion etching step that forms a through hole and a second deep reactive ion etching step that forms a cooling solvent channel, and further includes an evaporator and a concentrator. It also includes the step of arranging the container. The method will also be described by way of example, with reference to the following figures, including the step of plasma etching a patterned oxide film deposited on a silicon wafer:
FIG. 1 is a diagrammatic partial view of a thermally enhanced microcircuit package according to the present invention. This forms a ball grid array container and a small electromechanical cooling module coupled thereto.
FIG. 2 is an illustrative isometric view of a workpiece made for testing the thermally enhanced microcircuit package shown in FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram relating to a control component of the heat-enhanced microcircuit package.
FIG. 4 is a non-limiting example of the characteristics of the thermally enhanced microcircuit package shown in FIG.
FIG. 5 is a graph of the relationship between maximum heat transfer and maximum liquid / vapor line length. This is an example related to the thermally enhanced microcircuit package of FIG.
FIG. 6 is an enlarged schematic partial view of the thermally enhanced microcircuit package shown in FIG.
7-12 are diagrams relating to the sequence of steps for creating a built-in cooling solvent channel, an evaporator, and a concentrator.
FIGS. 13 to 16 are views showing a manufacturing process of a wicking structure with respect to a glass cover plate.
FIG. 17A is an illustrative isometric view of a silicon base for passing vapor or solvent between an evaporator and a concentrator, according to a first embodiment of the present invention, a thermally enhanced microcircuit vessel. In the figure, an evaporator, a concentrator and an internally coupled solvent channel are shown.
FIG. 17B is an illustrative cutaway view of the microcircuit container shown in FIG. 17A. The relationship between glass wafers and silicon wafers is shown and is used for a reservoir with an evaporator.
FIGS. 18A and 18B are similar to FIGS. 17 and 17B, but show a fill line with the concentrator coupled in a regulated manner, plus a thermocouple well for measuring circuit temperature. ing.
FIG. 19 shows a specific example of another heat-enhanced microcircuit package, which has an evaporator that forms a different structural layer compared to a concentrator or an internally coupled cooling solvent channel.
[0014]
The present invention will be described with reference to the figures shown.
[0015]
The present invention will be guided to a thermally enhanced microcircuit package 20a. The advantage of the present invention is that a small electromechanical cooling module 20 is provided. This module is operatively associated with a microcircuit container 22, such as the illustrated ball grid array container, used to pack the microcircuit device. A device such as this example is an insulated gate bipolar transistor 24. The cooling module 20 has a capillary pump loop circuit 26 that serves to cool all parts of the microcircuit device. The microcircuit device is received within the microcircuit device cavity 28 and, as shown, the container forms a ball grid array container.
[0016]
This microcircuit container has been described as a ball grid array container as described herein, but different types of electronic device containers may be employed in the present invention.
[0017]
Insulated gate bipolar transistors are powerful transistors that can switch over 1000 amps. A MOSFET and bipolar transistor are combined to make an IGBT. Current flow is obtained by applying a voltage to the metal gate. This location is a metal gate where the voltage is set to an electric field that jumps through a positively charged hole at a location remote from the gate. At the same time, electrons attack it and form an N-channel through the place where current flows. As part of the IGBT, in the formation of a PNP bipolar transistor, a small control current adds electrons to its base and attacks from the transmitter towards the hole. These holes flow from the transmitter to the collector and create a large working current. A control voltage is applied to MOFSET to establish an operating current. The operating current is provided as a regulated current that in turn flows to the base of the PNP bipolar transistor that forms part of the IGBT. This regulated current causes a large operating current as a flow to the bipolar transistor. Thus, the operating current of an IGBT is the combined operating current of both a MOSFET and a bipolar transistor, giving a bipolar transistor, that is a device of this kind with a power gain of 10 million, is operating for regulated current and voltage Match the current to voltage ratio. This gain gives the device a coupling to small electronic circuits. This small electronic circuit can be integrated with other circuits that form a power supply such as an IGBT power supply.
[0018]
The ball grid array container 22 includes a ball grid array 30 that is formed of solder or other known material. The container 22 is used in ball grid array assembly techniques known to those skilled in the art and may also include a ceramic material such as a low temperature cothermal ceramic. Insulated gate bipolar transistor 24 is ribbon bonded to ball grid array 30 by techniques known to those skilled in the art, ie, ribbon bond 24a or other bonding techniques. For example, an insulated gate bipolar transistor may be part of a device known to those skilled in the art, i.e. having a circuit on its back.
[0019]
In the present invention, a small electromechanical cooling module 20 is adjustably coupled to a ball grid array container 22 as shown in FIGS. The cooling module includes a capillary pumped loop cooling circuit 26 having an evaporator 40, a concentrator 42, and an internally coupled cooling solvent channel 44. The purpose of these internal structures serves for the passage of vapor and solvent between the evaporator and the concentrator for the distillation and concentration of the cooling solvent.
[0020]
As shown in FIG. 3, the basic components of the miniature electromechanical cooling module 20 include a concentrator 42 and an evaporator 40, which operates as an evaporator capillary pump. The evaporator 40 includes a wicking device 46 for the purpose of assisting wicking of the solvent during operation by a wicking effect known to those skilled in the art. The inner coupling type cooling solvent channel 44 is formed as a plurality of vapor lines 47 and a plurality of liquid lines 48. As shown in the schematic isometric views shown in FIGS. It is substantially longer than the height. As shown in FIG. 3, the solvent reservoir 50 operates in conjunction with the evaporator 40, and is coupled to the evaporator by a reservoir feed line 52. Heat is removed from the microcircuit, such as an insulated gate bipolar transistor, and returns to the concentrator 42 through the vapor line 47. After the concentrator 42 condenses the vapor, the liquid returns to the evaporator by capillary pump operation, and this movement is facilitated by the wicking structure 46.
[0021]
The small electromechanical cooling module 20 according to the present invention can also be formed by a basic small circuit fabrication technique in a silicon base such as a silicon wafer. As shown in FIGS. 17B and 18B, the module 20 has, as one aspect of the present invention, a glass cover 54 disposed on a silicon base 53, an evaporator 40, a concentrator 42, and an internally coupled cooling solvent channel 44. Has been saved.
[0022]
FIGS. 7 to 12 show the basic structure of the steps in which this part is fabricated on silicon. As shown in FIG. 7, in the silicon wafer 53, a thermal oxide film 60 is disposed with a thickness of 2 μm or the like. Following this arrangement, photolithography is performed as shown in FIG. There, a photoresist 62 is applied to the oxide and, as shown in FIG. 9, plasma etching is performed to pattern the channel. A second photoresist 64 is disposed on the oxide, and second photolithography is performed as shown in FIG. The first deep reactive ion etching (DRIE) generates a through hole 66, and the cooling solvent channel 68 is formed by the second deep reactive ion etching as shown in FIG.
[0023]
13 to 16 show a procedure for manufacturing a wicking structure of the glass cover plate 54 using the method of the present invention. The glass cover plate is formed, adjusted and anodically bonded to the silicon wafer to complete the production of the capillary pump loop cooling circuit that forms the co-located loop circuit as described above. In this first stage, undoped polysilicon 70 is placed on glass wafer 72 at 1.4 μm. As shown in FIG. 14, a photoresist 74 is applied followed by a photolithography step. In FIG. 15, this polysilicon 70 is plasma etched and subsequently wet etched using concentrated hydrochloric acid to form a wicking structure on the glass wafer. This is anodically bonded onto the silicon wafer, thus completing the fabrication process.
[0024]
FIG. 4 shows the basic characteristics of the thermally enhanced microcircuit as shown in FIG. They have different concentrator areas, evaporator total length, groove height, groove width / number, vapor line hydraulic diameter, liquid line hydraulic diameter, maximum Reynolds index for liquid lines and vapor lines. These figures show an example that can be made according to the present invention.
[0025]
FIG. 5 is a graph of the relationship between maximum heat transfer and maximum liquid / vapor line length. Maximum liquid / vapor line length is shown on the vertical axis in millimeters and total heat (Q) is shown on the horizontal axis in watts.
[0026]
FIG. 2 shows a test structure 80, which is used for testing the thermally enhanced microcircuit package 20a in the present invention. This also shows a printed wire board (PWB) 82 coupled to a connector 84, which has a cable for coupling to a test machine. A ball grid array (BGA) socket 86 receives a carrier 88 that holds an insulated gate bipolar transistor, such as a thermally enhanced ball grid array (TBGA) container, a thermally enhanced microcircuit package.
[0027]
FIG. 17A shows a first embodiment for the present container 20a, which shows a wicking structure 46 received in the evaporator 40 and a solvent reservoir 50 associated with the evaporator. The distillation line and liquid line are coupled to the concentrator 42 as described above. FIG. 17B is a cutaway view of the view shown in FIG. 17A.
[0028]
The structure of FIG. 17A has the following characteristics (A and B) for controlling the illustrated insulated gate bipolar transistor:
[0029]
[Table 1]
Figure 0004397587
18A and 18B are other examples in which a solvent reservoir 50 as shown in FIG. 18A is arranged. Thermocouple wells 90 are formed in the vapor line and the liquid line for temperature measurement. As shown in FIGS. 18A and 18B, a fill hole 92 is operatively coupled to the concentrator at the filling line, while a separate solvent reservoir is coupled to the evaporator at the reservoir feed line. Has been.
[0030]
18A and 18B can have various dimensions, as in the following example:
[0031]
[Table 2]
Figure 0004397587
FIG. 19 shows one embodiment in which the concentrator is formed in a silicon base. On the other hand, as shown in FIG. 19, various materials such as a low-temperature cothermal ceramic are included in the evaporator and the line. Following the two layers, 1020 and 102, an evaporator layer 104 is disposed.
[0032]
An example of the dimensions of the structure shown in the example of FIG. 19 is shown below:
[0033]
[Table 3]
Figure 0004397587
The present invention provides a self-contained, closed loop system that is effective and easily fabricated. It is formed as a miniature electromechanical cooling module and has a capillary pumped loop cooling circuit with an evaporator, a concentrator and an internally coupled cooling solvent channel. The solvent can be alcohol, water, etc. depending on the end use application and heat exchange requirements. The wicking structure can be formed on a glass wafer or silicon by the steps shown in FIGS. 13 to 16 depending on the necessity. Reservoir ports, including fill ports, can be repositioned and different ports can be added for assistance such as filling. It is also possible to provide the solvent directly to the evaporator.
[0034]
A temperature measuring well is provided as in FIG. 18A. Thermocouples provide the evaporator, concentrator, and cooling solvent line temperatures.
[0035]
Vertical and horizontal shapes can also be made. This structure can be incorporated into an electronic microcontainer, while at the same time being used for high surface-to-volume ratios that promote heat transfer. This structure can also be used for microscale heat transfer concepts and can be directly integrated into silicon and SiC electron containers for high thermal fluidity / high temperature applications. This leads to a reduction in volume, capacity and cost of the thermal regulation approach. The built-in cooling circuit reduces the interface provided for potential and builds electronic reliability. Microfins can also be incorporated into electronic containers.
[0036]
Thermally enhanced containers, such as the illustrated thermally enhanced ball grid array package for IGBTs, can be applied for use with traditional thermal management techniques, providing a multifaceted, internally coupled path for high current applications. provide. Included as expandable can be used for diagnostics, adjustable inner coupling, circuit isolation, and also for current protection. It can also have a shutdown feature that can be operated by software or manually.
[0037]
The thermally enhanced microcircuit package includes a microcircuit container having a cavity that receives the microcircuit device. A small electromechanical cooling module is operatively coupled to the microcircuit vessel to form a capillary pumped loop cooling circuit having an evaporator, a concentrator, and an internally coupled channel. It is installed for the purpose of passing steam and solvent, distilling and concentrating cooling solvent.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagrammatic partial view of a thermally enhanced microcircuit package.
2 is an illustrative isometric view of a workpiece made for testing the thermally enhanced microcircuit package shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram relating to a control component of a heat-enhanced microcircuit package.
FIG. 4 is a non-limiting example of characteristics in the thermally enhanced microcircuit package shown in FIG.
FIG. 5 is a graph of the relationship between maximum heat transfer and maximum liquid / vapor line length.
FIG. 6 is an enlarged partial view of the thermally enhanced microcircuit package shown in FIG.
FIG. 7 is a diagram of a sequence of steps for creating a built-in cooling solvent channel, an evaporator, and a concentrator.
FIG. 8 is a series of steps for creating a built-in cooling solvent channel, an evaporator, and a concentrator.
FIG. 9 is a series of steps for creating built-in cooling solvent channels, evaporators, and concentrators.
FIG. 10 is a diagram of a sequence of steps for creating a built-in cooling solvent channel, an evaporator, and a concentrator.
FIG. 11 is a diagram of a sequence of steps for creating a built-in cooling solvent channel, an evaporator, and a concentrator.
FIG. 12 is a diagram of a sequence of steps for creating a built-in cooling solvent channel, an evaporator, and a concentrator.
FIG. 13 is a diagram showing a manufacturing process of a wicking structure for a glass cover surface.
FIG. 14 is a view showing a manufacturing process of a wicking structure for a glass cover surface.
FIG. 15 is a view showing a manufacturing process of a wicking structure for a glass cover surface.
FIG. 16 is a diagram showing a manufacturing process of a wicking structure for a glass cover surface.
FIG. 17A is an illustrative isometric view of a silicon base for passing vapor or solvent between an evaporator and a concentrator, according to a first embodiment of the present invention, a thermally enhanced microcircuit vessel. In the figure, an evaporator, a concentrator and an internally coupled solvent channel are shown.
17B is a diagrammatic cutaway view of the microcircuit container shown in FIG. 17A.
FIG. 18A is a view similar to FIG. 17A, but showing a fill line with a concentrator coupled in a controlled manner, plus a thermocouple well for measuring circuit temperature.
FIG. 18B is a view similar to FIG. 17B, but showing a fill line with the concentrator operatively coupled, as well as a thermocouple well for measuring circuit temperature.
FIG. 19 shows a specific example of another heat-enhanced microcircuit package having an evaporator that forms a different structural layer compared to a concentrator or an internally coupled cooling solvent channel.

Claims (10)

マイクロ回路装置空洞部を有するマイクロ回路容器と、前記マイクロ回路装置空洞部内に収容されたマイクロ回路装置と、前記マイクロ回路容器に接続された小型電子機械的（MEMS）冷却モジュールと、を備える熱増強型マイクロ回路パッケージであって、
前記冷却モジュールは、蒸発器、濃縮器、および、前記蒸発器と濃縮器の間で蒸気と液体を流通させる内結合型冷却溶媒チャネルを有する毛細管ポンプ式ループ冷却回路を備え、
該毛細管ポンプ式ループ冷却回路は、毛細管ポンプ動作により、前記蒸発器、濃縮器および内結合型冷却溶媒チャネル内に冷却溶媒を流通させ、冷却溶媒を気化し凝縮させ、
前記冷却モジュールは、前記マイクロ回路装置の動作に連動して、前記マイクロ回路装置を冷却することが可能であり、
前記冷却モジュールは、上部に前記濃縮器が形成されたシリコンベースと、該シリコンベースの上に設置され、前記蒸発器および内結合型冷却溶媒チャネルが内部に形成された少なくとも一つの基板層と、を有することを特徴とする熱増強型マイクロ回路パッケージ。A thermal enhancement comprising: a microcircuit container having a microcircuit device cavity ; a microcircuit device housed in the microcircuit device cavity; and a small electromechanical (MEMS) cooling module connected to the microcircuit container. Type microcircuit package,
The cooling module comprises an evaporator, a concentrator, and a capillary pump loop cooling circuit having an internally coupled cooling solvent channel for passing vapor and liquid between the evaporator and the concentrator,
The capillary-pumped loop cooling circuit causes a cooling solvent to flow through the evaporator, the concentrator, and the internally coupled cooling solvent channel by capillary pump operation, vaporizes and condenses the cooling solvent ,
The cooling module is capable of cooling the microcircuit device in conjunction with the operation of the microcircuit device,
The cooling module includes a silicon base having the concentrator formed thereon, at least one substrate layer installed on the silicon base and having the evaporator and an internally coupled cooling solvent channel formed therein, A heat-enhanced microcircuit package comprising: 前記内結合型冷却チャネルには、少なくとも一つの熱電対が設置され、前記冷却モジュールは、前記マイクロ回路装置の温度が所定の値を超えたときに、作動することを特徴とする請求項１に記載の熱増強型マイクロ回路パッケージ。  The at least one thermocouple is installed in the inner coupling type cooling channel, and the cooling module is activated when a temperature of the microcircuit device exceeds a predetermined value. Thermally enhanced microcircuit package as described. 前記蒸発器は、蒸発器基板層内に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱増強型マイクロ回路パッケージ。  The heat-enhanced microcircuit package according to claim 1 or 2, wherein the evaporator is formed in an evaporator substrate layer. 前記マイクロ回路容器は、低温共熱型セラミック（LTCC）で形成されていることを特徴とする請求項1または２に記載の熱増強型マイクロ回路パッケージ。The thermally enhanced microcircuit package according to claim 1 or 2, wherein the microcircuit container is formed of a low temperature co-heated ceramic (LTCC). 前記蒸発器は、該蒸発器内に形成されたウィッキング構造を備え、前記蒸発器には、冷却溶媒リザーバーが動作可能に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱増強型マイクロ回路パッケージ。The heat according to claim 1 or 2, wherein the evaporator comprises a wicking structure formed in the evaporator, and a cooling solvent reservoir is operatively connected to the evaporator. Enhanced microcircuit package. 前記蒸発器には、冷却溶媒リザーバーが動作可能に接続され、前記蒸発器内にはウィッキング構造が形成され、前記蒸発器と、前記濃縮器とは、複数の溝で形成され、各溝は、高さおよび幅が約25乃至約150μmであり、前記冷却溶媒チャネルは、複数の蒸気ラインおよび複数の液体ラインとして形成され、各ラインは、前記幅および高さよりも実質的に長いことを特徴とする請求項１または２に記載の熱増強型マイクロ回路パッケージ。A cooling solvent reservoir is operatively connected to the evaporator, a wicking structure is formed in the evaporator, and the evaporator and the concentrator are formed by a plurality of grooves, Wherein the cooling solvent channel is formed as a plurality of vapor lines and a plurality of liquid lines, each line being substantially longer than the width and height. The thermally enhanced microcircuit package according to claim 1 or 2. ボールグリッドアレイおよびマイクロ回路装置空洞部を有するボールグリッドアレイ容器と、前記マイクロ回路装置空洞部内に収容されたマイクロ回路装置と、前記ボールグリッドアレイ容器に接続された小型電気機械的（MEMS）冷却モジュールと、を有する熱増強型ボールグリッドアレイパッケージであって、
前記冷却モジュールは、蒸発器、濃縮器、および、前記蒸発器と濃縮器の間で蒸気と液体を流通させる内結合型冷却溶媒チャネルを有する毛細管ポンプ式ループ冷却回路を備え、
該毛細管ポンプ式ループ冷却回路は、毛細管ポンプ動作により、前記蒸発器、濃縮器および内結合型冷却溶媒チャネル内に冷却溶媒を流通させ、冷却溶媒を気化し凝縮させ、
前記冷却モジュールは、前記マイクロ回路装置の動作に連動して、前記マイクロ回路装置を冷却することが可能であり、
さらに、前記冷却モジュールは、上部に前記濃縮器が形成されたシリコンベースと、該シリコンベース上に設置され、前記蒸発器および内結合型冷却溶媒チャネルが内部に形成された少なくとも一つの基板層と、を有することを特徴とする熱増強型ボールグリッドアレイパッケージ。Ball grid array container and said microcircuit device and microcircuit device housed in the cavity, said ball grid microelectromechanical connected to the array container (MEMS) cooling module having a ball grid array and microcircuit device cavity A thermally enhanced ball grid array package comprising:
The cooling module comprises an evaporator, a concentrator, and a capillary pump loop cooling circuit having an internally coupled cooling solvent channel for passing vapor and liquid between the evaporator and the concentrator,
The capillary-pumped loop cooling circuit causes a cooling solvent to flow through the evaporator, the concentrator, and the internally coupled cooling solvent channel by capillary pump operation, vaporizes and condenses the cooling solvent ,
The cooling module is capable of cooling the microcircuit device in conjunction with the operation of the microcircuit device,
Further, the cooling module includes a silicon base having the concentrator formed thereon, and at least one substrate layer installed on the silicon base and having the evaporator and the internally coupled cooling solvent channel formed therein. A thermally enhanced ball grid array package. 前記マイクロ回路装置は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタとして形成され、
該絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、前記ボールグリッドアレイにリボン結合されていることを特徴とする請求項７に記載の熱増強型ボールグリッドアレイパッケージ。The microcircuit device is formed as an insulated gate bipolar transistor,
8. The thermally enhanced ball grid array package of claim 7, wherein the insulated gate bipolar transistor is ribbon coupled to the ball grid array. 前記蒸発器内にはウィッキング構造が形成され、前記蒸発器および前記濃縮器は、複数の溝で形成され、各溝は、高さおよび幅が約25乃至約150μmであり、前記冷却溶媒チャネルは、複数の蒸気ラインおよび複数の液体ラインとして形成され、各ラインの長さは、前記高さおよび幅よりも実質的に長いことを特徴とする請求項７に記載の熱増強型ボールグリッドアレイパッケージ。A wicking structure is formed in the evaporator, the evaporator and the concentrator are formed with a plurality of grooves, each groove having a height and a width of about 25 to about 150 μm, and the cooling solvent channel 8. The heat enhanced ball grid array of claim 7, wherein the heat enhanced ball grid array is formed as a plurality of vapor lines and a plurality of liquid lines, the length of each line being substantially longer than the height and width. package. マイクロ回路装置に接続される小型電子機械的（MEMS）冷却モジュールの作製方法であって、
シリコンウェハおよび該シリコンウェハ上に設置された酸化層をディープ反応性イオンエッチングして、濃縮器を形成するステップと、
蒸発器および冷却チャネルを備える少なくとも一つのセラミック基板層を形成するステップと、
前記少なくとも一つのセラミック基板層を、シリコンウェハおよび酸化層に固定して、前記前記少なくとも一つのセラミック基板層がマイクロ回路容器に取り付けられるように構成された、小型電子機械（MEMS）冷却モジュールを形成するステップと、
を有し、
前記小型電子機械（MEMS）冷却モジュールは、前記マイクロ回路装置の動作に連動して、前記マイクロ回路装置を冷却することが可能であることを特徴とする方法。A method for making a miniature electromechanical (MEMS) cooling module connected to a microcircuit device,
Deep reactive ion etching a silicon wafer and an oxide layer placed on the silicon wafer to form a concentrator;
Forming at least one ceramic substrate layer comprising an evaporator and a cooling channel;
The at least one ceramic substrate layer is secured to a silicon wafer and an oxide layer to form a miniature electronic machine (MEMS) cooling module configured to attach the at least one ceramic substrate layer to a microcircuit container. And steps to
Have
The small-sized electronic machines (MEMS) cooling module, in conjunction with the operation of the microcircuit device, wherein the said is possible to cool the microcircuit device.
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